專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造技術(shù)，具體地，涉及ー種當(dāng)應(yīng)用于使用雙大馬士革エ藝用于在半導(dǎo)體襯底上的層間絕緣膜中形成精細(xì)Cu布線的半導(dǎo)體器件的制造時(shí)有效的技木。
背景技術(shù)：
隨著LSI (大規(guī)模集成電路)的微型化和速度提高，代替?zhèn)鹘y(tǒng)上使用的Al (鋁)，具有更低的電阻的Cu(銅)開(kāi)始被頻繁地用作LSI的布線材料。然而，Cu與等離子體離子的反應(yīng)速率是低的，以致當(dāng)通過(guò)刻蝕形成Cu布線時(shí)不能實(shí)現(xiàn)充分的生產(chǎn)率。因此在Cu布線的形成步驟中已使用大馬士革エ藝。這是ー種如下技術(shù)，在層間絕緣膜中形成布線槽，在層間絕緣膜上和布線槽中淀積Cu膜，并且隨后通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光在層間絕緣膜上拋光/去除Cu膜以在布線槽中形成Cu布線。此外，由于Cu很可能在層間絕緣膜中擴(kuò)散，所以布線槽中形成的Cu布線四周應(yīng)覆蓋有防擴(kuò)散膜(阻擋膜)。作為用于覆蓋Cu布線的上表面的阻擋膜，典型地使用基于絕緣膜的阻擋膜(襯膜)。該襯膜還用作Cu布線上的層間絕緣膜的一部分。另ー方面，作為用于覆蓋布線槽的側(cè)壁和底表面的阻擋膜，使用基于金屬的阻擋膜(阻擋金屬膜)。阻擋金屬在層間絕緣膜的布線槽中形成，使得其用作布線材料的一部分。大馬士革エ藝包括單大馬士革エ藝和雙大馬士革エ藝，單大馬士革エ藝簡(jiǎn)單地在布線槽中形成Cu布線，而雙大馬士革エ藝連續(xù)地在層間絕緣膜中形成布線槽和過(guò)孔并且隨后同時(shí)將Cu膜埋入布線槽和過(guò)孔中。其中，雙大馬士革エ藝可以簡(jiǎn)化Cu布線的形成步驟，使得其已頻繁地用在具有多層Cu布線的半導(dǎo)體器件的制造步驟中。在專利文獻(xiàn)I至3中可以找到關(guān)于使用上述雙大馬士革エ藝的Cu布線形成技術(shù)的描述。專利文獻(xiàn)I (日本專利公開(kāi)第2006-245236號(hào))中描述的雙大馬士革エ藝包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成的絕緣層上形成待刻蝕的第一膜；在待刻蝕的第一膜上形成具有開(kāi)ロ的第一掩模膜；在第一掩模膜上形成待刻蝕的第二膜以便通過(guò)其填充開(kāi)ロ部分；在待刻蝕的第二膜上形成第二掩模膜；在位于開(kāi)ロ部分上方的第二掩模膜中形成布線圖案；將第二掩模膜用作掩模，刻蝕待刻蝕的第二膜以形成布線圖案，從該布線圖案的底部使第一掩模膜暴露，并且將從布線圖案的底部暴露的第一掩模膜用作掩模，刻蝕待刻蝕的第一膜以在待刻蝕的第一膜中形成過(guò)孔圖案；以及通過(guò)使用布線圖案和過(guò)孔圖案有選擇地刻蝕絕緣層以在絕緣層中形成過(guò)孔并且同時(shí)在過(guò)孔上方形成布線槽。根據(jù)該文獻(xiàn)，將第一掩模膜和第二掩模膜用作掩模，通過(guò)同一刻蝕步驟有選擇地去除待刻蝕的第一膜和第二膜，并且同時(shí)在絕緣層上高精度地形成過(guò)孔圖案，使得該エ藝可以高精度地形成具有精細(xì)的布線結(jié)構(gòu)的雙大馬士革結(jié)構(gòu)。專利文獻(xiàn)2(日本專利公開(kāi)第2006-294771號(hào))中描述的雙大馬士革エ藝的特征在于，其配備有如下步驟在絕緣膜上形成第一掩模以便具有布線槽圖案的步驟，在第一掩模上形成第二掩模以便具有連接孔圖案的步驟，以及利用第一掩模和第二掩模在絕緣膜中形成布線槽和連接孔的步驟；在利用第一掩模和第二掩模在絕緣膜中形成布線槽和連接孔的步驟中，首先在絕緣膜中形成連接孔；并且在與布線槽圖案的布置方向相交的方向上形成連接孔圖案，同時(shí)在第一掩模的一部分上形成連接孔圖案的末端部分。根據(jù)該エ藝，保證了光刻中的連接孔圖案的裕度并且在其中形成有布線槽圖案的第一掩模自對(duì)準(zhǔn)地確定布線槽的布置方向的位置，使得不會(huì)發(fā)生失準(zhǔn)并且能夠在布線槽的布置方向上密集地形成連接孔圖案。專利文獻(xiàn)3 (日本專利公開(kāi)第2002-319617號(hào))公開(kāi)了ー種如下技術(shù)，在覆蓋第一布線層的上部部分的層間絕緣膜中形成布線槽和過(guò)孔時(shí)，將到達(dá)布線槽底部的過(guò)孔的上部 部分刻蝕成錐形以便抑制其在嵌入第二布線層期間突出并且因此防止空洞的形成。專利文獻(xiàn)I :日本專利公開(kāi)第2006-245236號(hào)專利文獻(xiàn)2 :日本專利公開(kāi)第2006-294771號(hào)專利文獻(xiàn)3 :日本專利公開(kāi)第2002-319617號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)通過(guò)上述雙大馬士革エ藝形成的Cu布線變得較小并且在層間絕緣膜中形成的過(guò)孔的直徑或者布線槽的寬度減小到與電路的最小加工尺寸相當(dāng)?shù)某叽鐣r(shí)，特別是設(shè)置在布線槽的底部的過(guò)孔的寬長(zhǎng)比變得較大，這使得難于在過(guò)孔中完全填充布線材料(阻擋金屬膜、Cu膜)。為了減少在布線槽中形成的布線的寄生電容，被稱為“極低介電常數(shù)膜”或“超低介電常數(shù)膜”的多孔絕緣膜近來(lái)已被用作其中以較高密度形成布線槽的下層的層間絕緣膜材料。然而由于多孔絕緣膜的硬度比典型的絕緣膜的硬度低，因此其不易于加工。在其中將金屬膜用作掩模通過(guò)刻蝕在絕緣膜中形成布線槽的MHM(金屬硬掩模)エ藝中，當(dāng)在用于形成布線槽的掩模圖案和用于形成過(guò)孔的掩模圖案之間出現(xiàn)失準(zhǔn)時(shí)，過(guò)孔的直徑下降到電路的最小加工尺寸以下。這使得更加難于在它們中填充布線材料。結(jié)果，主要出現(xiàn)了諸如過(guò)孔內(nèi)部的Cu布線的電阻增加或變化的問(wèn)題。此外，在耦接到這些Cu布線并且位于其上的Cu布線中，發(fā)生電遷移或應(yīng)カ遷移，導(dǎo)致了布線壽命的明顯下降。本發(fā)明的目的在于，在通過(guò)使用雙大馬士革エ藝在多個(gè)層的層間絕緣膜中具有Cu布線的半導(dǎo)體器件中，提供一種能夠在其下方具有低硬度層的層間絕緣膜以及其上方具有高硬度層的層間絕緣膜中形成的過(guò)孔中完全填充布線材料的技術(shù)。本發(fā)明的另一目的在于，在通過(guò)使用雙大馬士革エ藝在多個(gè)層的層間絕緣膜中具有Cu布線的半導(dǎo)體器件中，提供一種能夠在同一層間絕緣膜中形成但是具有不同直徑的多個(gè)過(guò)孔中完全填充布線材料的技木。根據(jù)這里的描述和附圖，本發(fā)明的上述和其他目的以及新穎特征將是明顯的。
接下來(lái)將簡(jiǎn)單地概述這里公開(kāi)的本發(fā)明中的典型發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟(a)在半導(dǎo)體襯底的主表面上方連續(xù)地形成第一刻蝕停止膜和第一層間絕緣膜并且在第一層間絕緣膜上方形成包含金屬元素的第一金屬硬掩模層，(b)將第一光致抗蝕劑膜用作掩模刻蝕第一金屬硬掩模層以在第一金屬硬掩模層中形成多個(gè)第一布線槽圖案，(C)在去除第一光致抗蝕劑膜之后，在具有其中形成有第一布線槽圖案的第一金屬硬掩模層上方形成第二光致抗蝕劑膜，(d)將具有其中構(gòu)圖有多個(gè)第一過(guò)孔的第二光致抗蝕劑膜和第一金屬硬掩模層用作掩?？涛g第一層間絕緣膜以在第一層間絕緣膜中形成第一過(guò)孔，(e)在去除第二光致抗蝕劑膜之后，將第一金屬硬掩模層用作掩?？涛g第一層間絕緣膜以在第一層間絕緣膜中形成多個(gè)第一布線槽，第一布線槽的深度小于第一層間絕緣膜的厚度，(f)在步驟(e)期間或之后，去除從每個(gè)第一過(guò)孔的底表面暴露的第一刻蝕停止膜，(g)在步驟(f)之后，在第一金屬硬掩模層上方、在每個(gè)第一布線槽中和在每個(gè)第一過(guò)孔中連續(xù)地淀積第一阻擋金屬膜和以Cu作為其主要成分的第一金屬膜，(h)通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光來(lái)拋光和去除在第一層間絕緣膜上方第一金屬膜、第一阻擋金屬膜和第一金屬硬掩模層以形成包括在每個(gè)第一布 線槽和每個(gè)第一過(guò)孔中的第一金屬膜和第一阻擋金屬膜的第一級(jí)布線，(i)在第一層間絕 緣膜和第一級(jí)布線上方連續(xù)地形成第二刻蝕停止膜和第二層間絕緣膜，(j)將具有其中構(gòu)圖有多個(gè)第二過(guò)孔的第三光致抗蝕劑膜用作掩模刻蝕第二層間絕緣膜以在第二層間絕緣膜中形成第二過(guò)孔，(k)在去除第三光致抗蝕劑膜之后，在第二層間絕緣膜上方形成第四光致抗蝕劑膜，(I)將具有其中構(gòu)圖有多個(gè)第二布線槽的第四光致抗蝕劑膜用作掩?？涛g第ニ層間絕緣膜以在第二層間絕緣膜中形成第二布線槽，第二布線槽的深度小于第二層間絕緣膜的厚度，(m)在去除第四光致抗蝕劑膜之后，去除從每個(gè)第二過(guò)孔的底表面暴露的第二刻蝕停止膜，(n)在步驟(m)之后，在第二層間絕緣膜上方以及在每個(gè)第二布線槽中和在每個(gè)第二過(guò)孔中淀積包括金屬氮化物膜的第二阻擋金屬膜，(O)去除每個(gè)第二過(guò)孔的底表面上的第二阻擋金屬膜并且使每個(gè)第二過(guò)孔的底表面上的第一級(jí)布線暴露，(P)在步驟(O)之后，在第二層間絕緣膜上方以及在每個(gè)第二布線槽中和在每個(gè)第二過(guò)孔中連續(xù)地淀積包括金屬膜的第三阻擋金屬膜和以Cu作為其主要成分的第二金屬膜，以及(q)通過(guò)使用化學(xué)機(jī)械拋光來(lái)拋光和去除在第二層間絕緣膜上方的第二金屬膜、第三阻擋金屬膜和第二阻擋金屬膜以形成包括在每個(gè)第二布線槽和每個(gè)第二過(guò)孔中的第二金屬膜和第三阻擋金屬膜的第二級(jí)布線。在步驟(f)中，通過(guò)在每個(gè)第一過(guò)孔的開(kāi)ロ部分處使第一層間絕緣膜凹陷，使每個(gè)第一過(guò)孔的開(kāi)ロ部分的直徑大于開(kāi)ロ部分下方的區(qū)域的直徑。在步驟(m)中，通過(guò)在每個(gè)第二過(guò)孔的開(kāi)ロ部分處使第二層間絕緣膜凹陷，使每個(gè)第二過(guò)孔的開(kāi)ロ部分的直徑大于開(kāi)ロ部分下方的區(qū)域的直徑。在步驟(O)中，通過(guò)在每個(gè)第二過(guò)孔的開(kāi)ロ部分處濺射刻蝕第二阻擋金屬膜和第二層間絕緣膜，使每個(gè)第二過(guò)孔的開(kāi)ロ部分的直徑進(jìn)ー步大于開(kāi)ロ部分下方的區(qū)域的直徑。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有第一絕緣膜，在半導(dǎo)體襯底的主表面上方形成；第一銅布線，在第一絕緣膜中形成；第二絕緣膜，在第一絕緣膜和第一銅布線上方形成；第一過(guò)孔，設(shè)置在第二絕緣膜中；第二過(guò)孔，設(shè)置在第二絕緣膜中；第ー槽，設(shè)置在第二絕緣膜中，與第一過(guò)孔的上部部分是連續(xù)的；第二槽，設(shè)置在第二絕緣膜中，與第二過(guò)孔的上部部分是連續(xù)的；第二銅布線，通過(guò)在第一過(guò)孔和第一槽中填充銅來(lái)獲得；以及第三銅布線，通過(guò)在第二過(guò)孔和第二槽中填充銅來(lái)獲得。第一過(guò)孔在其上部部分上具有第一深度的第一凹陷部分，并且第二過(guò)孔在其上部部分上具有深度小于第一深度的第二凹陷部分。當(dāng)以橫截面查看時(shí)，第二過(guò)孔的直徑大于第一過(guò)孔的上部部分的直徑。接下來(lái)將簡(jiǎn)要地描述從這里公開(kāi)的本發(fā)明中的典型發(fā)明可獲得的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)上述的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)在其下方具有低硬度層的層間絕緣膜和在其上方具有高硬度層的層間絕緣膜中的每個(gè)層間絕緣膜中形成用于填充布線材料的過(guò)孔時(shí)，可以在每個(gè)過(guò)孔的開(kāi)ロ部分處形成具有期望的回縮量的凹陷部分。這使得可以將布線材料完全填充在多個(gè)層的層間絕緣膜中形成的過(guò)孔中，由此制造具有改進(jìn)的可靠性和生產(chǎn)產(chǎn)量的多層布線半導(dǎo)體器件。


圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；
圖2是示出圖I之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖3是示出圖2之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖4是示出圖3之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖5是示出圖4之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖6是示出圖5之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖7是示出圖6之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖8是示出在布線槽中形成的第一級(jí)布線的一部分的平面視圖；圖9是示出圖7之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖10是示出圖9之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖11是示出轉(zhuǎn)印到上層抗蝕劑膜的布線槽圖案的平面形狀的平面視圖；圖12是示出圖10之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖13是示出圖12之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖14是示出轉(zhuǎn)印到上層抗蝕劑膜的過(guò)孔圖案的平面形狀的平面視圖；圖15是示出圖13之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖16是示出圖15之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖17是示出在絕緣膜和第二層間絕緣膜中形成的過(guò)孔的平面形狀的平面視圖；圖18是示出圖16之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖19是示出圖18之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖20是示出過(guò)孔的開(kāi)ロ部分的近區(qū)的放大的橫截面視圖；圖21是示出在絕緣膜和第二層間絕緣膜中形成的布線槽的平面形狀的平面視圖；圖22是示出圖19之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖23是示出圖22之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖24是示出圖23之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖25是示出圖24之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖26是示出圖25之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖27是示出圖26之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖28是示出圖27之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖29是示出圖28之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖30是示出圖29之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖31是示出圖30之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖32是示出圖31之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖33是示出圖32之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；
圖34是示出圖33之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖35是示出圖34之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖36是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖37是示出圖36之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖38是示出圖37之后的半導(dǎo)體器件的制造方法的橫截面視圖；圖39是示意性地示出層間絕緣膜中形成的布線槽以及在其下方的過(guò)孔的橫截面形狀的視圖；以及圖40是示出本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的過(guò)孔深度和邊緣損失量之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式接下來(lái)將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。在用于描述實(shí)施例的所有附圖中，功能相同的部件將由相同的附圖標(biāo)記表示并且將省略重復(fù)的描述。在下面的實(shí)施例中，除非另外特別必要，否則原則上將不會(huì)重復(fù)關(guān)于相同部分或相似部分的描述。此外，為了便于理解用于描述實(shí)施例的附圖中的結(jié)構(gòu)，有時(shí)甚至針對(duì)平面視圖給出了陰影或者有時(shí)甚至從橫截面視圖中省略了陰影。基于將參照?qǐng)D39和圖40描述的本發(fā)明人首次獲得的以下發(fā)現(xiàn)做出了本發(fā)明。圖39是示意性地示出在層間絕緣膜中形成的布線槽以及在其下方的過(guò)孔的橫截面形狀的視圖。在該圖中，由A、B、C和D分別標(biāo)示過(guò)孔的開(kāi)ロ部分的直徑、當(dāng)通過(guò)刻蝕層間絕緣膜形成過(guò)孔時(shí)通過(guò)在過(guò)孔的開(kāi)ロ部分處的層間絕緣膜的傾斜向下的回縮形成的凹陷部分的直徑、除了凹陷部分以外的過(guò)孔的深度、以及包括凹陷部分的過(guò)孔的深度。由E標(biāo)出的術(shù)語(yǔ)“邊緣損失部分”意指深度D和C的差，就是說(shuō)，凹陷部分處的層間絕緣膜的回縮量的豎直分量。傳統(tǒng)上認(rèn)為，如圖39中所示的層間絕緣膜的邊緣損失量(E)在較大時(shí)，對(duì)于填充布線材料(Cu膜和阻擋金屬膜)是更有利的。從而應(yīng)使邊緣損失量(E)較大以便改進(jìn)阻擋金屬膜的覆蓋，。然而，如圖40的曲線圖中所示，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)邊緣損失量(E)變得過(guò)大時(shí)，將填充在過(guò)孔中的布線材料的電阻大大地變化。接下來(lái)將描述其原因。當(dāng)邊緣損失量(E)變得過(guò)大時(shí)，淀積在過(guò)孔底部上的高電阻阻擋金屬膜的厚度變得大于淀積在其上的Cu膜的厚度，此外，當(dāng)邊緣損失量(E)増加吋，邊緣損失自身的尺寸在許多過(guò)孔中大大地變化。結(jié)果，不均勻的阻擋金屬淀積在過(guò)孔的底部上，一些過(guò)孔具有増加的電阻，并且電阻在多個(gè)過(guò)孔中大大地變化。沿圖40的曲線圖的橫坐標(biāo)繪出了標(biāo)準(zhǔn)化的電阻并且沿縱坐標(biāo)繪出了當(dāng)形成許多過(guò)孔時(shí)的累積概率。本發(fā)明人還已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)邊緣損失比(C/D)過(guò)大時(shí)或者當(dāng)凹陷部分的上部部分和下部部分之間的比(B/A)過(guò)大時(shí)，發(fā)生了與過(guò)大的邊緣損失量(E)引起的問(wèn)題相同的問(wèn)題。
(實(shí)施例I)本實(shí)施例被應(yīng)用于具有多層Cu布線的半導(dǎo)體器件并且接下來(lái)將參照附圖按步驟順序描述其制造方法。首先，如圖I中所示，在由單晶硅制成的半導(dǎo)體襯底I的主表面中形成元件隔離槽2、n阱3和p阱4之后，在每個(gè)n阱3和p阱4的表面上形成由氧化硅制成的柵極絕緣膜5。通過(guò)根據(jù)STI (淺槽隔離)在半導(dǎo)體襯底I的主表面中形成的槽中填充氧化硅膜，形成了元件隔離槽2，同時(shí)通過(guò)雜質(zhì)的離子注入形成n阱3和p阱4。通過(guò)每個(gè)n阱3和p阱4的表面的熱氧化，形成了柵極絕緣膜5。接下來(lái)，如圖2中所示，在n阱3中形成p溝道MISFET (Qp)并且在p阱4中形成n溝道MISFET (Qn)。在該圖中，構(gòu)成p溝道MISFET (Qp)的源極和漏極的p型半導(dǎo)體區(qū)域由附圖標(biāo)記6標(biāo)出并且構(gòu)成n溝道MISFET(Qn)的源極和漏極的n型半導(dǎo)體區(qū)域由附圖標(biāo)記7標(biāo)出。p溝道MISFET(Qp)的柵電極由附圖標(biāo)記8p標(biāo)出，而n溝道MISFET (Qn)的柵電極 由附圖標(biāo)記8n標(biāo)出。柵電極8p包括摻雜有例如p型雜質(zhì)的多晶娃膜,而柵電極8n包括摻雜有例如n型雜質(zhì)的多晶硅膜。接下來(lái)，如圖3中所示，在p溝道MISFET (Qp)和n溝道MISFET (Qn)上方形成絕緣膜10之后，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光使絕緣膜10的表面平坦化。隨后，將光致抗蝕劑膜用作掩模，對(duì)絕緣膜10進(jìn)行干法刻蝕以在P溝道MISFET (Qp)的源極和漏極(P型半導(dǎo)體區(qū)域6)上方并且在n溝道MISFET (Qn)的源極和漏極(n型半導(dǎo)體區(qū)域7)上方形成接觸孔11。每個(gè)接觸孔11的直徑等于其中提供接觸孔11的絕緣層(絕緣膜10)中的電路的最小加工尺寸，并且在這里是例如70nm。上述絕緣膜10包括例如使用等離子體CVD淀積的USG(無(wú)摻雜硅酸鹽玻璃)氧化物膜并且其在平坦化之后具有約400nm的膜厚度。絕緣膜10可以包括不同于USG氧化物膜的基于氧化硅的絕緣膜，例如通過(guò)熱CVD或等離子體CVD淀積的TEOS (四こ基正硅酸鹽)膜。接下來(lái)，如圖4中所示，在絕緣膜10中形成的接觸孔11中填充金屬栓塞12。金屬栓塞12包括通過(guò)濺射淀積的阻擋金屬膜和填充在阻擋金屬膜內(nèi)部的W(鎢)膜的膜堆疊。這里的阻擋金屬膜包括例如5nm厚的Ti (鈦)膜和在該Ti膜上形成的5nm厚的TiN(氮化鈦)膜的膜堆疊或者5nm厚的Ta (鉭)膜和在該Ta膜上形成的5nm厚的TaN (氮化鉭)膜的膜堆疊。W膜的厚度是例如200nm。例如通過(guò)使用濺射或CVD在絕緣膜10上和在接觸孔11中淀積阻擋金屬，使用CVD淀積W膜，并且隨后利用化學(xué)機(jī)械拋光來(lái)拋光和去除絕緣膜10上的阻擋金屬膜和W膜，將金屬栓塞12填充在每個(gè)接觸孔11中。接下來(lái)，如圖5中所示，在絕緣膜10上淀積150nm厚的第一層間絕緣膜13之后，在接觸孔11上的第一層間絕緣膜13中形成布線槽14。第一層間絕緣膜13包括介電常數(shù)小于2. 5的絕緣膜，以便減小在下一步驟中在布線槽14中形成的布線的寄生電容。該絕緣膜被稱為極低介電常數(shù)(ELK :極低k)膜或者超低介電常數(shù)(ULK :超低k)膜。極低介電常數(shù)膜的示例包括多孔SiOC膜、多孔HSQ (氫倍半硅氧烷)膜和多孔MSQ (甲基倍半硅氧烷)膜，每個(gè)膜均通過(guò)CVD或涂覆方法淀積。上述多孔SiOC膜、多孔HSQ膜或多孔MSQ膜通過(guò)如下方法形成通過(guò)CVD或涂覆方法淀積包括致孔劑的膜成分并且隨后執(zhí)行UV固化、等離子體固化、熱處理或者利用電子束的固化以使得從膜成分中消除致孔劑。因此，除了每個(gè)膜最初具有的多個(gè)小平均直徑的空洞之外，多孔SiOC膜、多孔HSQ膜或者多孔MSQ膜具有作為消除致孔劑的結(jié)果而形成的多個(gè)大平均直徑的空洞。接下來(lái)，如圖6中所示，在第一層間絕緣膜13上和布線槽14中淀積阻擋金屬膜15a和Cu膜15b。阻擋金屬膜15a包括例如通過(guò)濺射淀積的5nm厚的TaN膜和通過(guò)濺射在TaN膜上方淀積的5nm厚的Ta膜。Cu膜15b包括例如通過(guò)濺射淀積的50nm厚的Cu籽晶膜和通過(guò)電鍍淀積的500nm的Cu膜。Cu籽晶膜包括通過(guò)向主要成分Cu添加諸如Al、Si、Ge、Ga、Sn或Mn的痕量元素而獲得的Cu合金。通過(guò)在淀積Cu膜15b之后進(jìn)行的熱處理，Cu籽晶膜中的痕量元素?cái)U(kuò)散到通過(guò)電鍍淀積的Cu膜并且Cu膜變?yōu)镃u合金膜。形成阻擋金屬膜15a以便防止作為布線材料的Cu膜15b擴(kuò)散到布線槽14周圍的第一層間絕緣膜13中。接下來(lái)，如圖7中所示，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光來(lái)拋光和去除第一層間絕緣膜13上的Cu膜15b和阻擋金屬膜15a以在布線槽15中形成多個(gè)第一級(jí)布線15,姆個(gè)第一級(jí)布線15 包括阻擋金屬膜15a和Cu膜15b。這些第一級(jí)布線15均經(jīng)由在絕緣膜10中形成的接觸孔11中的金屬栓塞12電耦接到p溝道MISFET (Qp)的源極和漏極(p型半導(dǎo)體區(qū)域6)或者n溝道MISFET (Qn)的源極和漏極(n型半導(dǎo)體區(qū)域7)。圖8是示出在布線槽14中形成的第一級(jí)布線15的平面視圖。該第一級(jí)布線15的線寬(LI)和彼此相鄰的兩個(gè)第一級(jí)布線15和15之間的間距(SI)均等于其中形成第一級(jí)布線15的布線層中的電路的最小加工尺寸(例如，這里是70nm)。接下來(lái)，如圖9中所示，40nm厚的襯膜16、230nm厚的第二層間絕緣膜17、20nm厚的絕緣膜18和30nm厚的金屬硬掩模層19以所提及的順序淀積在第一層間絕緣膜13和第一級(jí)布線15上方。將注意，在圖9和用于描述以下步驟的圖中，僅示出了絕緣膜10及其上方的區(qū)域，而絕緣膜10下方的區(qū)域，即半導(dǎo)體襯底I、p溝道MISFET (Qp)、11溝道[3 ￡1'(011)等被省略。襯膜16是用于防止作為第一級(jí)布線15的主要成分的Cu擴(kuò)散到第二層間絕緣膜17中的絕緣阻擋膜并且其包括例如通過(guò)CVD淀積的SiC膜(介電常數(shù)約4.8)。當(dāng)在后面描述的步驟中在第二層間絕緣膜17中形成過(guò)孔時(shí)，該襯膜16還用作刻蝕停止層。襯膜16可以包括SiC膜以外的絕緣膜，例如通過(guò)等離子體CVD淀積的SiCN膜或SiN膜。襯膜16上的第二層間絕緣膜17與位于其下方的第一層間絕緣膜13相似，包括極低介電常數(shù)膜(ELK膜)以便減小將在后面描述的步驟中在第二層間絕緣膜17中形成的第ニ級(jí)布線的寄生電容。第二層間絕緣膜17上的絕緣膜18包括在刻蝕選擇性方面不同于第ニ層間絕緣膜(ELK膜)的絕緣材料，例如通過(guò)等離子體CVD淀積的TEOS膜。絕緣膜18上的金屬硬掩模層19包括例如通過(guò)濺射淀積的TiN膜。當(dāng)在后面描述的步驟中在第二層間絕緣膜17中形成布線槽時(shí)，金屬硬掩模層19用作刻蝕掩摸。順便提及，金屬硬掩模層19可以包括諸如Ta、Ti、Ru、Mn或W的金屬膜或者這種金屬的氮化物膜或氧化物膜。接下來(lái)，如圖10中所示，200nm厚的下層抗蝕劑膜20、50nm厚的中間層21和150nm厚的上層抗蝕劑膜22以所提及的順序淀積在金屬硬掩模層19上。隨后，使上層抗蝕劑膜22曝光并顯影以將光掩模(未示出)的布線槽圖案23a、23b和23c轉(zhuǎn)印到上層抗蝕劑膜22。布線槽圖案23a、23b和23c是在后面描述的步驟中在第二層間絕緣膜17中形成的布線槽的掩模圖案。圖11中的陰影區(qū)域是被轉(zhuǎn)印到上層抗蝕劑膜22的布線槽圖案23a、23b和23c的平面形狀。在圖11中，以虛線示出了第一級(jí)布線15的平面形狀。順便提及，圖10是沿圖11的線A-A截取的橫截面視圖。如圖11中所示，被轉(zhuǎn)印到上層抗蝕劑膜22的每個(gè)布線槽圖案23a、23b和23c在與第一級(jí)布線15的延伸方向垂直的方向上延伸。每個(gè)布線槽圖案23a和23b的線寬(L2)以及彼此相鄰的任何兩個(gè)布線槽圖案23a、23b和23c之間的間距(S2)均等于其中形成布線槽圖案23a、23b和23c的絕緣層中的電路的最小加工尺寸(=70nm)。另ー方面，布線槽圖案23c的線寬(L3)大于其中形成布線槽圖案23a、23b和23c的絕緣層中的電路的最小加工尺寸并且這里是例如140nm。接下來(lái)，如圖12中所示，將上層抗蝕劑膜22用作掩模，對(duì)中間層21進(jìn)行干法刻 蝕。隨后，將上層抗蝕劑膜22和中間層21用作掩模，對(duì)下層抗蝕劑膜20進(jìn)行干法刻蝕，隨后將中間層21和下層抗蝕劑膜20用作掩模對(duì)金屬硬掩模層19進(jìn)行干法刻蝕。作為結(jié)果，轉(zhuǎn)印到上層抗蝕劑膜22的布線槽圖案23a、23b和23c被轉(zhuǎn)印到金屬硬掩模層19。順便提及，上層抗蝕劑膜22在下層抗蝕劑膜20的干法刻蝕之后消失并且中間層21在金屬硬掩模層19的干法刻蝕之后消失。接下來(lái)，如圖13中所示，在通過(guò)灰化去除下層抗蝕劑膜20之后，200nm厚的下層抗蝕劑膜24、50nm厚的中間層25和150nm厚的上層抗蝕劑膜26以所提及的順序淀積在金屬硬掩模層19上方。隨后，使上層抗蝕劑膜26曝光和顯影以將光掩模(未示出)的過(guò)孔圖案27a、27b和27c轉(zhuǎn)印到上層抗蝕劑膜26。過(guò)孔圖案27a、27b和27c是在后面描述的步驟中在第二層間絕緣膜27中形成的過(guò)孔的掩模圖案。它們的直徑等于其中后面將形成過(guò)孔圖案28a、28b和28c的絕緣層中的電路的最小加工尺寸(=70nm)。圖14的陰影圓形區(qū)域示出了轉(zhuǎn)印到上層抗蝕劑膜26的過(guò)孔圖案27a、27b和27c的平面形狀。在圖14中，以虛線示出了第一級(jí)布線15的平面形狀和布線槽圖案23a、23b和23c的平面形狀。順便提及，圖13是沿圖14的線A-A截取的橫截面視圖。在半導(dǎo)體器件的實(shí)際制造步驟中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)過(guò)孔(過(guò)孔圖案27a、27b和27c)的掩模圖案和布線槽(布線槽圖案23a、23b和23c)的掩模圖案之間的失準(zhǔn)。例如，圖13和圖14示出了過(guò)孔(過(guò)孔圖案27a、27b和27c)的掩模圖案相對(duì)于布線槽(布線槽圖案23a、23b和23c)的掩模圖案在第一級(jí)布線15的延伸方向(圖中的右方向)上失準(zhǔn)的例子。當(dāng)如上文所述在掩模圖案之間出現(xiàn)這種失準(zhǔn)時(shí)，如圖14中所示，設(shè)置在其中第一級(jí)布線15和布線槽圖案23a彼此相交的區(qū)域中的過(guò)孔圖案27a在布線槽圖案23a外部部分地突出。相似地，設(shè)置在其中第一級(jí)布線15和布線槽圖案23b彼此相交的區(qū)域中的過(guò)孔圖案27b在布線槽圖案23b外部部分地突出。另ー方面，設(shè)置在其中第一級(jí)布線15和布線槽圖案23c彼此相交的區(qū)域中的過(guò)孔圖案27c并未在布線槽圖案23c外部突出，這是因?yàn)槠渲睆叫∮诓季€槽圖案23c的線寬。隨后，如圖15中所示，將上層抗蝕劑膜26用作掩模，對(duì)中間層25進(jìn)行干法刻蝕，隨后將上層抗蝕劑膜26和中間層25用作掩模對(duì)下層抗蝕劑膜24進(jìn)行干法刻蝕。在該干法刻蝕期間，由于上述掩模圖案之間的失準(zhǔn)，金屬硬掩模層19的一部分從過(guò)孔圖案27a(以及圖15中未示出的過(guò)孔圖案27b)的底表面暴露。金屬硬掩模層19具有相對(duì)于下層抗蝕劑膜24的大的刻蝕選擇性比(例如，20 I)，使得從過(guò)孔圖案27a和27b的底表面暴露的金屬硬掩模層19幾乎未被刻蝕。順便提及，上層抗蝕劑膜26在下層抗蝕劑膜24的干法刻蝕之后消失。接下來(lái)，如圖16中所示，將上述兩個(gè)抗蝕劑膜(中間層25和下層抗蝕劑膜24)用作掩模，對(duì)金屬硬掩模層19下方的絕緣膜18和第二層間絕緣膜17進(jìn)行干法刻蝕。隨后，通過(guò)利用第二層間絕緣膜17和位于其下方的襯膜16之間的刻蝕選擇性的差，在襯膜16的表面上停止刻蝕。在其中設(shè)置過(guò)孔圖案27a的區(qū)域中在絕緣膜18和第二層間絕緣膜17中形成過(guò)孔28a，并且在其中設(shè)置過(guò)孔圖案27c的區(qū)域中在絕緣膜18和第二層間絕緣膜17中形成過(guò)孔28c。盡管圖16中未示出，但是在其中設(shè)置過(guò)孔圖案27b(參照?qǐng)D14)的區(qū)域中在絕緣膜18和第二層間絕緣膜17中形成過(guò)孔28b (參照?qǐng)D17)。圖17中的陰影區(qū)域示出了在絕緣膜18和第二層間絕緣膜17中形成的過(guò)孔28a、 28b和28c的平面形狀。此外，在圖17中，以虛線示出了第一級(jí)布線15的平面形狀和布線槽圖案23a、23b和23c的平面形狀。圖16是沿圖17的線A-A截取的橫截面視圖。在上文所述的下層抗蝕劑膜24的干法刻蝕的步驟中，由于掩模圖案的失準(zhǔn)，金屬硬掩模層19的一部分從過(guò)孔圖案27a和27b的底表面暴露(參照?qǐng)D15)。在金屬硬掩模層19下方的絕緣膜18和第二層間絕緣膜17的干法刻蝕的步驟中，暴露的金屬硬掩模層19還用作刻蝕掩模(參照?qǐng)D16)。結(jié)果，在掩模圖案的失準(zhǔn)方向(這里是第一級(jí)布線15的延伸方向)上，在絕緣膜18和第二層間絕緣膜17中已形成的過(guò)孔28a和28b的直徑變得小于電路的最小加工尺寸(=70nm)。過(guò)孔28a和28b均具有部分切除的圓形形狀并且它們具有弧形部分和直線部分兩者。換言之，它們是半月形。另ー方面，在其中設(shè)置過(guò)孔圖案27c的區(qū)域中，在中間層抗蝕劑膜25和下層抗蝕劑膜24的干法刻蝕的步驟中，金屬硬掩模層19未暴露(參照?qǐng)D15)。因此如圖16和圖17中所示，在該區(qū)域中形成的過(guò)孔28c的沿掩模圖案的失準(zhǔn)方向的直徑大于過(guò)孔28a或28b的直徑。在將三個(gè)抗蝕劑膜(上層抗蝕劑膜26、中間層抗蝕劑膜25和下層抗蝕劑膜24)用作掩?？涛g絕緣膜18和第二層間絕緣膜17的步驟中，上層抗蝕劑膜26或者此外，甚至中間層抗蝕劑膜25有時(shí)被刻蝕到消失。即使在該情況下，當(dāng)下層抗蝕劑膜24保留吋，也可以沒(méi)有問(wèn)題地形成過(guò)孔28a、28b和28c。接下來(lái)，如圖18中所示，在通過(guò)灰化去除上層抗蝕劑膜26、中間層抗蝕劑膜25和下層抗蝕劑膜24之后，將金屬硬掩模層19用作掩模對(duì)絕緣膜18和第二層間絕緣膜17進(jìn)行干法刻蝕。圖18示出了第二層間絕緣膜的刻蝕的進(jìn)行期間的狀態(tài)，在第二層間絕緣膜下方襯膜16從過(guò)孔28a和28c的底表面暴露。此時(shí)，盡管圖18中未示出，但是襯膜16也從過(guò)孔28b的底表面暴露。隨后，如圖19中所示，將金屬硬掩模層19用作掩模進(jìn)行的第二層間絕緣膜17的刻蝕進(jìn)ー步進(jìn)行，并且同時(shí)，對(duì)從過(guò)孔28a和28c的底表面暴露的襯膜16進(jìn)行刻蝕以使第一級(jí)布線15的表面暴露。盡管圖19中未不出，但是還對(duì)從過(guò)孔28b的底表面暴露的襯膜16進(jìn)行刻蝕以使第一級(jí)布線15的表面從過(guò)孔28b的底表面暴露。結(jié)果，在絕緣膜18和第ニ層間絕緣膜17中在其中設(shè)置布線槽圖案23a、23b和23c的區(qū)域中，形成了約120nm深的布線槽30a、30b和30c，并且同時(shí)，完成了過(guò)孔28a、28b和28c。在上述刻蝕第二層間絕緣膜17以形成布線槽30a、30b和30c的步驟中，還可以在襯膜16從過(guò)孔28a、28b和28c的底表面暴露時(shí)臨時(shí)停止刻蝕并且隨后利用另一刻蝕氣體開(kāi)始襯膜16的刻蝕或者連續(xù)地進(jìn)行第二層間絕緣膜17的刻蝕和襯膜16的刻蝕。在上述刻蝕第二層間絕緣膜17的步驟中，如圖19中所示，第二層間絕緣膜17在每個(gè)過(guò)孔28a和28c的每個(gè)開(kāi)ロ部分(上端部分)處向下傾斜地回縮(凹陷)，并且形成具有錐形橫截面形狀的凹陷部分31。盡管圖19中未示出，但是在過(guò)孔28b的開(kāi)ロ部分處也形成了相似的凹陷部分31。結(jié)果，過(guò)孔28a、28b和28c的每個(gè)開(kāi)ロ部分的直徑變得大于開(kāi)ロ部分下方的區(qū)域的直徑。因此，根據(jù)上述制造方法，即使當(dāng)出現(xiàn)過(guò)孔(過(guò)孔圖案27a、27b和27c)的掩模圖案和布線槽(布線槽圖案23a、23b和23c)的掩模圖案之間的失準(zhǔn)吋，仍可以與金屬硬掩模層19自對(duì)準(zhǔn)地形成直徑小于電路的最小加工尺寸的過(guò)孔28a和28b。
圖20是示出過(guò)孔28a的開(kāi)ロ部分的近區(qū)的放大的橫截面視圖。如圖20中所示，在過(guò)孔28a的開(kāi)ロ部分處形成的凹陷部分31的錐角(0 )，即凹陷部分31相對(duì)于布線槽30a的底表面的傾斜，約為45°。凹陷部分31的深度(D)，即從凹陷部分31的上端部分到底端部分的豎直距離，約為35nm。凹陷部分31的錐角(0)可以按照需要在約20°至80°的范圍內(nèi)改變。凹陷部分31的橫截面形狀不限于錐形，而是可以是圓形。圖21示出了圖19中所示的布線槽30a、30b和30c的平面形狀。該圖中的陰影區(qū)域是金屬硬掩模層19。圖21還示出了過(guò)孔28a、28b和28c以及在它們的開(kāi)ロ部分處形成的凹陷部分31的平面形狀，以及從過(guò)孔28a、28b和28c的底表面暴露的第一級(jí)布線15的表面。順便提及，圖19是沿圖21的線A-A截取的橫截面視圖。接下來(lái)，在諸如氫氣+氮?dú)獾倪€原氣體氛圍中執(zhí)行等離子體處理。通過(guò)該處理，在從過(guò)孔28a、28b和28c的底表面暴露的第一級(jí)布線15的表面上形成的氧化物被還原,從而清潔了第一級(jí)布線15的表面。此外，諸如附著到金屬硬掩模層19的表面的諸如刻蝕殘?jiān)耐鈦?lái)物質(zhì)也被去除。上述過(guò)孔28a、28b和28c的開(kāi)ロ部分處的凹陷部分31也可以通過(guò)這種等離子體刻蝕處理形成。替選地，可以組合使用上述的第二層間絕緣膜17的刻蝕以及這種等離子體刻蝕處理來(lái)形成凹陷部分31。接下來(lái)，如圖22中所示，在絕緣膜18上方、在布線槽30a、30b和30c的底表面和側(cè)表面上以及在過(guò)孔28a和28c的底表面和側(cè)表面上淀積阻擋金屬膜32a，并且隨后在阻擋金屬膜32a上淀積Cu膜32b。此時(shí)，阻擋金屬膜32a和Cu膜32b淀積在圖22中未示出的過(guò)孔28b中。阻擋金屬膜32a包括通過(guò)濺射淀積的5nm厚的TaN膜和通過(guò)在該TaN膜上進(jìn)行濺射淀積的5nm厚的Ta膜。Cu膜32b包括通過(guò)濺射淀積的50nm厚的Cu籽晶膜和通過(guò)電鍍?cè)贑u籽晶膜上淀積的500nm的Cu膜。Cu籽晶膜包括通過(guò)向作為主要成分的Cu添加諸如Al、Si、Ge、Ga、Sn或Mn的痕量元素而獲得的合金膜，使得通過(guò)在淀積Cu膜15b之后進(jìn)行的熱處理，使Cu膜下方的Cu籽晶膜中的痕量元素?cái)U(kuò)散到通過(guò)電鍍淀積的Cu膜中。Cu膜因此變?yōu)镃u合金膜。形成阻擋金屬膜32a以便防止作為布線材料的Cu膜32b擴(kuò)散到布線槽30a、30b和30c周圍的第二層間絕緣膜17中。
如上文所述，凹陷部分31在過(guò)孔28a、28b和28c的每個(gè)的開(kāi)ロ部分處形成，使得開(kāi)ロ部分的直徑大于其下方的區(qū)域的直徑。因此不僅在過(guò)孔28c中而且甚至在直徑小于電路的最小加工尺寸的過(guò)孔28a和28b中，均可以完全填充阻擋金屬膜32a和Cu膜32b。在還原氣體氛圍中進(jìn)行等離子體處理之后但是在淀積阻擋金屬膜32a的步驟之前，可以進(jìn)行利用氬離子(Ar+)的濺射刻蝕處理。該處理消除了在從過(guò)孔28a、28b和28c的底表面暴露的第一級(jí)布線15的表面上形成的氧化物或者附著到第一級(jí)布線15的表面的金屬硬掩模層19的刻蝕殘?jiān)?，并且由此清潔了第一?jí)布線15的表面。可以利用這種濺射刻蝕處理形成凹陷部分31。此外，可以與這種濺射刻蝕處理組合地使用上述的第二層間絕緣膜17的刻蝕或者還原氣體氛圍中的等離子體處理來(lái)形成凹陷部分31。接下來(lái)，如圖23中所示，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光來(lái)拋光和刻蝕位于絕緣膜18上方的Cu膜32b、阻擋金屬32a和金屬硬掩模層19。結(jié)果，在布線槽30a和過(guò)孔28a中形成了包括阻擋金屬膜32a和Cu膜32b的第二級(jí)布線32。此外，在布線槽30c和過(guò)孔28c中形成了相似的第二級(jí)布線32。此外，在圖23中未示出的布線槽30b和過(guò)孔28b中也形成了相似的第二級(jí)布線32。
接下來(lái)，如圖24中所示，在絕緣膜18和第二級(jí)布線32上淀積襯膜33，隨后在襯膜33上淀積第三層間絕緣膜34。襯膜33是絕緣阻擋金屬膜，用于防止作為第二級(jí)布線32的主要成分的Cu在第三層間絕緣膜34中擴(kuò)散。其還用作刻蝕停止膜，其將在后面描述的步驟中在第三層間絕緣膜34中形成過(guò)孔時(shí)被使用。襯膜33與下方的襯膜16相似，包括SiC膜、SiCN膜、SiN膜等膜并且被淀積為厚度大于下方的襯膜16的厚度(例如，從50nm至80nm，更優(yōu)選地，從50nm至70nm)。第三層間絕緣膜34包括例如介電常數(shù)約為3的SiOC膜。盡管下方的層間絕緣膜(第一層間絕緣膜13和第二層間絕緣膜17)均包括諸如多孔SiOC膜的極低介電常數(shù)膜以便減小布線的寄生電容，但是在第三層間絕緣膜34中形成的第三級(jí)布線(其將在后面描述)具有比第一級(jí)布線15或第二級(jí)布線32寬的布線到布線的間距。因此出于膜性質(zhì)的觀點(diǎn)，第三層間絕緣膜34包括比極低介電常數(shù)膜致密的低介電常數(shù)膜。此外，第三層間絕緣膜34被淀積為厚度(例如，400nm)大于下方的第二層間絕緣膜17的厚度。接下來(lái)，如圖25中所示，在第三層間絕緣膜上形成已被轉(zhuǎn)印了過(guò)孔圖案25的光致抗蝕劑膜36。通過(guò)將該光致抗蝕劑膜36用作掩模進(jìn)行干法刻蝕，在第二級(jí)布線32上方在第三層間絕緣膜中形成過(guò)孔37。此時(shí)，用作刻蝕停止膜的襯膜33從過(guò)孔37的底部暴露。接下來(lái)，在通過(guò)灰化去除光致抗蝕劑膜36之后，在第三層間絕緣膜上形成已被轉(zhuǎn)印了布線槽圖案38a和38b的光致抗蝕劑膜39。此時(shí)，有機(jī)膜已被理想地填充在過(guò)孔37中。該有機(jī)膜可以防止在下一步驟中在刻蝕第三層間絕緣膜時(shí)刻蝕從過(guò)孔37的底部暴露的襯膜33，使得可以防止過(guò)孔37的底部處的第二級(jí)布線32的不需要的刻蝕。轉(zhuǎn)印到光致抗蝕劑膜39的每個(gè)布線槽圖案38a和38b的寬度，即在下一步驟中在第三層間絕緣膜34中形成的第三級(jí)布線的線寬，大于第一級(jí)布線15的線寬。此外，布線槽圖案38a和布線槽圖案38b之間的間距，即兩個(gè)相鄰的第三級(jí)布線之間的間距，大于第一級(jí)布線15的最小間距。此外，在第三層間絕緣膜34中形成的過(guò)孔37的直徑大于每個(gè)過(guò)孔28a、28b和28c的直徑。如上文所述，在第二層間絕緣膜17中形成的第二級(jí)布線32的線寬(L2)和兩個(gè)相鄰布線之間的間距(S2)均等于其中形成它們的布線層中的電路的最小加工尺寸。在第二級(jí)布線32的底表面上形成的每個(gè)過(guò)孔28a、28b和28c的直徑等于或不大于其中形成它們的層中的電路的最小加工尺寸。在該實(shí)施例中，最小線寬和兩個(gè)相鄰布線層之間的最小間距均為所有布線層中的最小者的、如第二級(jí)布線32的布線層被稱為“精細(xì)布線”，而最小線寬和兩個(gè)相鄰布線層之間的最小間距均大于精細(xì)布線的最小線寬和最小間距的布線層被稱為“半全局布線”。在半全局布線上方形成的最上級(jí)布線(其將在后面描述)被稱為“全局布線”。在該全局布線中，最小線寬和兩個(gè)相鄰布線層之間的最小間距均大于半全局布線的最小線寬和最小間距，并且該全局布線典型地不包括Cu合金膜而是包括Al合金膜。具有多層Cu布線的半導(dǎo)體器件通常具有多個(gè)精細(xì)層和半全局層。在本實(shí)施例中，為了便利查看附圖，第一級(jí)布線15和第二級(jí)布線32被示出為精細(xì)布線層。將在之后的步驟中形成的第三級(jí)布線被示出為半全局布線層并且在第三級(jí)布線上方形成的第四級(jí)布線被示出為最上級(jí)布線(全局布線層)。
接下來(lái)，如圖27中所示，通過(guò)將光致抗蝕劑膜39用作掩模部分地對(duì)第三層間絕緣膜34進(jìn)行干法刻蝕，在第三層間絕緣膜34中形成布線槽40a和40b。在該刻蝕期間，第三層間絕緣膜34上的光致抗蝕劑膜39和埋入在過(guò)孔37中的有機(jī)膜47均被刻蝕以回縮，使得過(guò)孔37的開(kāi)ロ部分(上端部分)從布線槽40b的底部暴露。此外，在第三層間絕緣膜34的刻蝕步驟中，略微刻蝕過(guò)孔37的開(kāi)ロ部分處的第三層間絕緣膜34，但是其回縮(凹陷)量極小。這意味著，在上述的在第二層間絕緣膜17中形成布線槽30a、30b和30c的步驟中，每個(gè)過(guò)孔28a和28b的開(kāi)ロ部分處的第二層間絕緣膜17向下傾斜回縮，并且形成了具有錐形橫截面形狀的凹陷部分31 (參照?qǐng)D19)。在第三層間絕緣膜34中形成布線槽40a和40b的步驟中在過(guò)孔37的開(kāi)ロ部分處形成的凹陷部分在尺寸上小于在每個(gè)過(guò)孔28a和28c的開(kāi)ロ部分處形成的凹陷部分31。這種差異出現(xiàn)的原因是第二層間絕緣膜17包括多孔極低介電常數(shù)(ELK)膜并且因此具有軟的膜性質(zhì)(例如，約7. 5GPa的彈性模量)，而包括SiOC膜等的第三層間絕緣膜34的膜性質(zhì)比極低介電常數(shù)(ELK)膜的膜性質(zhì)硬(例如，約20GPa的彈性模量)。接下來(lái)，如圖28中所示，在通過(guò)灰化去除第三層間絕緣膜34上的光致抗蝕劑膜39和過(guò)孔37中的有機(jī)膜47之后，通過(guò)回刻蝕去除過(guò)孔37的底部處的襯膜33以使第二級(jí)布線32暴露。此時(shí)，在過(guò)孔37的開(kāi)ロ部分處，第三層間絕緣膜34被向下傾斜刻蝕并且回縮以形成具有錐形橫截面形狀的凹陷部分41。此外，在布線槽40a和40b的開(kāi)ロ部分處向下傾斜刻蝕第三層間絕緣膜34以形成具有錐形橫截面形狀的凹陷部分42。在過(guò)孔37中，在襯膜33的回刻蝕之后，留有光致抗蝕劑膜39的殘?jiān)蛘咭r膜33的殘?jiān)?。因此在襯膜33的回刻蝕之后，可以進(jìn)行濕法清潔，用于去除過(guò)孔37中的殘?jiān)?。如同該濕法清潔一祥，還可以使用利用Ar氣體或者氦(He)和氬的混合氣體的濺射刻蝕、在含有從幾個(gè)百分?jǐn)?shù)到100%的氫(H2)的氛圍中的退火(例如，在從100°C至350°C下退火10秒至180秒)、或者(遠(yuǎn)程)等離子體加工來(lái)用于清潔。接下來(lái)，如圖29中所示，在絕緣膜34上，在每個(gè)布線槽40a和40b的底表面和側(cè)表面上以及在過(guò)孔37的底表面和側(cè)表面上淀積第一阻擋金屬膜43a。第一阻擋金屬膜43a包括例如通過(guò)濺射淀積的20nm厚的TaN膜。第一阻擋金屬膜43a可以包括不同于TaN膜的金屬氮化物膜，例如TiN膜或WN膜。盡管沒(méi)有示出，但是由于第一阻擋金屬膜43a的淀積，在從過(guò)孔37的底表面暴露的第二級(jí)布線32和第一阻擋金屬膜43a之間的界面上形成了高電阻反應(yīng)層。該反應(yīng)層是添加到構(gòu)成第二級(jí)布線32的Cu合金膜的元素(例如，Al)和構(gòu)成第一阻擋金屬膜43a的金屬氮化物膜(在該情況下是TaN膜)中的氮(N)之間的反應(yīng)產(chǎn)物。如果形成了這樣的反應(yīng)產(chǎn)物，則這樣的反應(yīng)產(chǎn)物增加了在后面描述的步驟中在過(guò)孔37中形成的第三級(jí)布線和從過(guò)孔37的底表面暴露的第二級(jí)布線32之間的界面上的電阻或者引起該電阻變化。接下來(lái)，如圖30中所示，在其中執(zhí)行第一阻擋金屬膜43a的淀積的濺射設(shè)備的腔室中，執(zhí)行利用氬離子(Ar+)等的濺射刻蝕，由此去除每個(gè)布線槽40a和40b的底表面上的第一阻擋金屬膜43a并且使第三層間絕緣膜34暴露。此外，去除過(guò)孔37的底表面上的第ー阻擋金屬膜43a以使第二級(jí)布線32暴露。保留在過(guò)孔37的側(cè)表面上的第一阻擋金屬膜43a已在其下端部分處耦接到第二級(jí)布線32。將注意，通過(guò)該濺射刻蝕處理，第三層間絕緣膜34在布線槽40a和40b的底表面上的部分可以被刻蝕以增加布線槽40a和40b的深度或者第二層間絕緣膜32在過(guò)孔37的底部上的部分被刻蝕以形成半圓形或圓錐形槽。 由于上述濺射刻蝕處理可以去除在第二級(jí)布線32和第一阻擋金屬膜43a之間的界面上形成的反應(yīng)產(chǎn)物，因此可以抑制該界面上的電阻的増加或變化。為了進(jìn)一歩抑制反應(yīng)產(chǎn)物的形成，將并入在構(gòu)成第二級(jí)布線32的Cu膜32b中的元素的濃度降低到0. 04wt%或更低也是有效的。上述濺射刻蝕處理還去除了已覆蓋過(guò)孔37的開(kāi)ロ部分(凹陷部分41)的第一阻擋金屬膜43a。通過(guò)濺射刻蝕使從過(guò)孔37的開(kāi)ロ部分暴露的第三層間絕緣膜34的表面回縮。結(jié)果，形成了回縮量在比下方的層中在過(guò)孔28a、28b和28c的開(kāi)ロ部分處形成的凹陷部分31大的凹陷部分41A，使得過(guò)孔37的開(kāi)ロ部分的直徑進(jìn)ー步變大。因此，在本實(shí)施例中，通過(guò)利用借助回刻蝕去除過(guò)孔37的底部上的襯膜33的步驟(參照?qǐng)D28)以及借助回刻蝕去除第二級(jí)布線32和第一阻擋金屬膜43a之間的界面上的反應(yīng)產(chǎn)物的步驟(參照?qǐng)D30)，對(duì)具有硬的膜性質(zhì)并且從過(guò)孔37的開(kāi)ロ部分暴露的第三層間絕緣膜34進(jìn)行刻蝕。結(jié)果，可以在過(guò)孔37的開(kāi)ロ部分處形成具有大的回縮量的凹陷部分41A，并且由此，可以增加過(guò)孔37的開(kāi)ロ部分的直徑。將注意，在圖29的步驟中在第三層間絕緣膜34上淀積的第一阻擋金屬膜43a的厚度通常大于在布線槽40a和40b中和在過(guò)孔37中淀積的第一阻擋金屬膜43a的厚度。即使在濺射刻蝕處理之后，第一阻擋金屬膜43a略微保留在第三層間絕緣膜34上。因此布線槽40a和40b的開(kāi)ロ部分(凹陷部分42)處的第三層間絕緣膜34在濺射刻蝕處理時(shí)不會(huì)回縮。接下來(lái)，如圖31中所示，在第三層間絕緣膜34上方、在布線槽40a和40b的底表面和側(cè)表面上以及在過(guò)孔37的底表面和側(cè)表面上，淀積第二阻擋金屬膜43b。第二阻擋金屬膜43b包括例如通過(guò)濺射淀積的20nm厚的Ta膜。第二阻擋金屬膜43b可以包括不同于Ta膜的Ti膜或W膜。如上文所述，具有大的回縮量的凹陷部分41A在過(guò)孔37的開(kāi)ロ部分處形成，使得可以使用第二阻擋金屬膜43b完全填充過(guò)孔37。結(jié)果，在布線槽40a和40b的側(cè)表面以及過(guò)孔37的側(cè)表面上形成了包括第一阻擋金屬膜43a和第二阻擋金屬膜43b的膜堆疊的阻擋金屬膜43。此外，在第三層間絕緣膜34上也形成了包括第一阻擋金屬膜43a和第二阻擋金屬膜43b的膜堆疊的阻擋金屬膜43。另一方面，通過(guò)上述濺射刻蝕處理在布線槽40a和40b的底表面以及過(guò)孔37的底表面上去除了第一阻擋金屬膜43a，使得形成僅包括第二阻擋金屬膜43b的阻擋金屬膜43。形成阻擋金屬膜43以防止將在后繼步驟中淀積在布線槽40a和40b中的Cu膜擴(kuò)散到布線槽40a和40b周圍的第三層間絕緣膜34中。順便提及，可以在ー個(gè)步驟中和在一個(gè)腔室中執(zhí)行上述的使用氬離子(Ar+)等的濺射刻蝕處理以及第ニ阻擋金屬膜43b的淀積處理；或者可以在調(diào)整加工條件以實(shí)現(xiàn)充足量的加工的同吋，進(jìn)行已覆蓋過(guò)孔37的開(kāi)ロ部分(凹陷部分41)的第一阻擋金屬膜43a的去除、具有大的回縮量的凹陷部分41A的形成以及第二阻擋金屬膜43b的淀積。接下來(lái)，如圖32中所示，在阻擋金屬膜43上淀積Cu膜44。Cu膜44包括通過(guò)濺射淀積的Cu籽晶膜以及通過(guò)電鍍淀積的Cu膜。Cu籽晶膜是通過(guò)向作為主要成分的Cu添 加諸如Al、Si、Ge、Ga、Sn或Mn的痕量元素而獲得的合金膜。通過(guò)Cu膜44的淀積之后的熱處理，Cu籽晶膜中的痕量元素?cái)U(kuò)散到通過(guò)電鍍淀積的Cu膜中并且該膜因此變?yōu)镃u合金膜。如上文所述，在過(guò)孔37的開(kāi)ロ部分處形成具有大的回縮量的凹陷部分41A，使得Cu膜44可以完全填充在過(guò)孔37中。接下來(lái)，如圖33中所示，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光來(lái)拋光和去除第三層間絕緣膜34上的Cu膜44和阻擋金屬膜43，由此在布線槽40a和40b中以及在過(guò)孔37中形成了包括阻擋金屬膜43和Cu膜44的第三級(jí)布線45。由于在已被設(shè)置在第三級(jí)布線下方的布線槽30c和過(guò)孔28c中完全填充第二級(jí)布線32，因此在布線槽40b及其下方的過(guò)孔37中形成的第三級(jí)布線45免于電遷移或應(yīng)カ遷移。接下來(lái)，如圖34中所示，在第三層間絕緣膜34和第三級(jí)布線45上淀積襯膜50和第四層間絕緣膜51之后，利用光致抗蝕劑膜(未示出)作為掩模對(duì)第四層間絕緣膜51和襯膜50進(jìn)行干法刻蝕以在第三級(jí)布線45上形成接觸孔52。襯膜50包括SiC膜、SiCN膜等，而第四層間絕緣膜51包括通過(guò)等離子體CVD淀積的諸如TEOS膜的基于氧化硅的絕緣膜。接下來(lái)，如圖35中所示，通過(guò)對(duì)在第四層間絕緣膜51上和在接觸孔52中淀積的Al合金膜構(gòu)圖，形成了作為最上級(jí)布線(全局布線)的第四級(jí)布線53。隨后，在第四級(jí)布線53上淀積表面保護(hù)膜54之后，將光致抗蝕劑膜(未示出)用作掩模對(duì)表面保護(hù)膜54進(jìn)行干法刻蝕以使第四層間絕緣膜51的一部分暴露并且形成電極焊盤53P。表面保護(hù)膜54包括例如氧化硅膜和氮化硅膜的膜堆疊。通過(guò)上述步驟，完成了本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。因此，在本實(shí)施例中，當(dāng)在下層的低硬度層間絕緣膜和上層的高硬度層間絕緣膜中分別形成將填充有布線材料(阻擋金屬膜和Cu膜)的過(guò)孔時(shí)，可以在每個(gè)過(guò)孔的開(kāi)ロ部分處形成具有期望的回縮量的凹陷部分。這意味著，由于其中形成精細(xì)布線的層間絕緣膜包括具有低介電常數(shù)的多孔絕緣膜，因此它具有低硬度并且是薄的。在刻蝕在該層間絕緣膜中形成的過(guò)孔的底部上的襯膜時(shí)，出現(xiàn)適當(dāng)?shù)幕乜s(凹陷)。
另ー方面，其中形成半全局布線的層間絕緣膜包括低介電常數(shù)膜，其硬度高于多孔絕緣膜的硬度并且是厚的。同時(shí)，在該層間絕緣膜中形成的過(guò)孔的底部上的襯膜比下層的襯膜厚。因此通過(guò)在該層間絕緣膜中形成的過(guò)孔的底部上的襯膜的刻蝕時(shí)的回縮(凹陷)以及穿通處理，可以達(dá)到適當(dāng)?shù)幕乜s(凹陷)量。因此在硬度不同的兩個(gè)或更多個(gè)層間絕緣膜中形成的過(guò)孔可以完全填充有布線材料，使得具有多層布線的半導(dǎo)體器件可以具有改進(jìn)的可靠性和生產(chǎn)產(chǎn)量。(第二實(shí)施例)該實(shí)施例提供了ー種與第一實(shí)施例相似的半導(dǎo)體器件，但是在精細(xì)布線的過(guò)孔方面進(jìn)行了如下的進(jìn)ー步改進(jìn)。在第一實(shí)施例中，描述了ー種分別完全填充在下層的低硬度層間絕緣膜和上層的高硬度層間絕緣膜中形成的過(guò)孔的方法。
另ー方面，在其中在同一層間絕緣膜中同時(shí)形成直徑不同的兩個(gè)或更多個(gè)過(guò)孔的情況下，當(dāng)凹陷部分處的邊緣損失在具有大直徑的過(guò)孔中是大的時(shí)候，過(guò)孔深度與過(guò)孔的開(kāi)ロ部分的直徑的比減小。這導(dǎo)致了電阻比過(guò)孔底部上的Cu膜高的阻擋金屬膜的過(guò)度淀積，致使填充在過(guò)孔中的布線材料的電阻增加。此外，當(dāng)凹陷部分處的邊緣損失變大時(shí)，凹陷部分自身的深度大大地變化，過(guò)孔底部或側(cè)壁上的阻擋金屬膜的厚度大大地變化，并且作為結(jié)果，填充在過(guò)孔中的布線材料的電阻大大地變化。另ー方面，在具有大直徑的過(guò)孔中，過(guò)孔深度與過(guò)孔的開(kāi)ロ部分的直徑的比減小，這抑制了上述問(wèn)題，即過(guò)孔底部上的阻擋金屬膜的過(guò)度淀積。然而，當(dāng)過(guò)孔深度與過(guò)孔的開(kāi)ロ部分的直徑的比是小的時(shí)候，擔(dān)心過(guò)孔中的布線材料的不充分的填充。因此，在過(guò)孔的開(kāi)ロ部分處形成的凹陷部分的深度(D-C，即上文參照?qǐng)D39描述的E)的最優(yōu)范圍取決于過(guò)孔的直徑。當(dāng)同時(shí)形成具有大直徑的過(guò)孔(例如，第一實(shí)施例中的過(guò)孔28c)和具有小直徑的過(guò)孔(例如，第一實(shí)施例中的過(guò)孔28a和28b)時(shí)，期望使刻蝕條件最優(yōu)，使得凹陷部分31的深度(E)在具有小直徑的過(guò)孔28a中變大，并且凹陷部分31的深度(E)在具有大直徑的過(guò)孔28c中變小。接下來(lái)將描述在具有小直徑的過(guò)孔28a中增加凹陷部分31的深度(E)并且在具有大直徑的過(guò)孔28c中減小凹陷部分31的深度(E)的方法的ー個(gè)示例。這里，省略了關(guān)于過(guò)孔28b的描述。首先，如圖36中所示，根據(jù)第一實(shí)施例的圖19中所示的步驟，通過(guò)在絕緣膜18和第二層間絕緣膜17中形成布線槽30a、30b和30c并且同時(shí)，刻蝕從過(guò)孔28a、28b和28c的底表面暴露的襯膜16，完成過(guò)孔28a和28c的形成。此時(shí)，在過(guò)孔28a、28b和28c的開(kāi)ロ部分處分別形成凹陷部分31。在小直徑過(guò)孔28a和28b的開(kāi)ロ部分處形成的凹陷部分31以及在大直徑過(guò)孔28c的開(kāi)ロ部分處形成的凹陷部分31基本上深度(E)相等。接下來(lái)，使用濺射淀積阻擋金屬膜32a。如上文所述，阻擋金屬膜32a包括TaN膜和淀積在該TaN膜上的Ta膜的膜堆疊。圖37是示出其中通過(guò)典型的濺射已淀積了作為阻擋金屬膜32a的下層部分的TaN膜46的過(guò)孔28a和28c的近區(qū)的放大的橫截面視圖。如圖37中所示，當(dāng)TaN膜46同時(shí)淀積在直徑不同的兩個(gè)過(guò)孔28a和28c中時(shí)，由于過(guò)孔直徑越小，則填充在其中的TaN膜46的量越少，因此小直徑過(guò)孔28a中的TaN膜46的厚度通常變得小于大直徑過(guò)孔28c中的TaN膜46的厚度。在該實(shí)施例中，當(dāng)使用濺射淀積TaN膜46吋，TaN膜46的淀積和濺射刻蝕同時(shí)進(jìn)行。具體而言，將諸如氬的惰性氣體供給到濺射設(shè)備的腔室并且在形成TaN膜46的同時(shí)進(jìn)行利用氬離子(Ar+)的濺射刻蝕。例如在如下條件下進(jìn)行濺射施加到濺射靶的直流功率=500W，施加到半導(dǎo)體襯底I的RF功率=400W，施加到RF線圈的功率=1200W，施加到直流線圈的功率=0W，并且氬流速率=15ccm0通常，當(dāng)膜形成成分(TaN膜46)與刻蝕成分(氬離子)的比落在從10%至90%的范圍內(nèi)時(shí)，可以在如下范圍內(nèi)控制濺射條件施加到濺射靶的直流功率=從500W至1000W，施加到半導(dǎo)體襯底I的RF功率=從300W至1000W，施加到RF線圈的功率=從800W至2000W，以及施加到直流線圈的功率=從OW至1000W。結(jié)果，由于TaN膜46的淀積量在小直徑過(guò)孔28a的開(kāi)ロ部分處小，因此開(kāi)ロ部分處的第二層間絕緣膜17被刻蝕并且回縮，并且形成了具有大深度(D)的凹陷部分31A。另一方面，在大直徑過(guò)孔28c的開(kāi)ロ部分中，TaN膜46的淀積量是大的并且大量的TaN膜46 淀積在開(kāi)ロ部分處，使得凹陷部分31的深度(E)不會(huì)增加太多。具體而言，當(dāng)TaN膜46的淀積和濺射刻蝕同時(shí)進(jìn)行吋，TaN膜46的淀積量在小直徑過(guò)孔28a中相對(duì)減小，同時(shí)由于在小直徑過(guò)孔28a中的TaN膜46和大直徑過(guò)孔28c中的TaN膜46之間刻蝕量幾乎相等，因此小直徑過(guò)孔28a中的凹陷部分31的深度⑶相對(duì)增カロ，并且大直徑過(guò)孔28c中的凹陷部分31的深度(D)相對(duì)減小。這被假設(shè)為出于以下原因而發(fā)生刻蝕成分(氬離子)和膜形成成分(TaN膜46)在針對(duì)半導(dǎo)體襯底I的入射角分布方面不同，并且豎直入射到半導(dǎo)體襯底I的刻蝕成分(氬離子)的數(shù)量較大，使得基本上相等量的刻蝕成分入射到小直徑過(guò)孔28a的內(nèi)部和大直徑過(guò)孔28c的內(nèi)部。盡管沒(méi)有示出，但是通過(guò)傳統(tǒng)的濺射淀積作為阻擋金屬膜32a的上層部分的Ta膜，隨后在Ta膜上淀積Cu膜32b。因此，根據(jù)本實(shí)施例的制造方法，當(dāng)同時(shí)形成大直徑過(guò)孔28c以及小直徑過(guò)孔28a和28b時(shí)，可以使得凹陷部分31的深度(E)在小直徑過(guò)孔28a中較大，同時(shí)可以使得凹陷部分31的深度(E)在大直徑過(guò)孔28c中較小。這改進(jìn)了小直徑過(guò)孔28a中的Cu膜32b的填充并且抑制了大直徑過(guò)孔28c中的第二級(jí)布線32的電阻的增加或變化。簡(jiǎn)言之，本實(shí)施例的制造方法使得可以在同一層間絕緣膜中形成的直徑不同的兩個(gè)或更多個(gè)過(guò)孔中完全填充布線材料(Cu膜和阻擋金屬膜)。己基于實(shí)施例具體描述了本發(fā)明人實(shí)施的本發(fā)明。無(wú)需贅言，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，而是可以在不偏離本發(fā)明的精神的情況下以各種方式改變。例如，第一實(shí)施例的制造方法可以與第二實(shí)施例的制造方法組合使用。本發(fā)明可以應(yīng)用于使用雙大馬士革エ藝形成多層Cu布線的半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟 (a)在半導(dǎo)體襯底的主表面上方連續(xù)地形成第一刻蝕停止膜和第一層間絕緣膜，并且在所述第一層間絕緣膜上方形成包含金屬元素的第一金屬硬掩模層； (b)將第一光致抗蝕劑膜用作掩模，刻蝕所述第一金屬硬掩模層，以在所述第一金屬硬掩模層中形成多個(gè)第一布線槽圖案； (C)在去除所述第一光致抗蝕劑膜之后，在其中形成有所述第一布線槽圖案的所述第一金屬硬掩模層上方形成第二光致抗蝕劑膜； (d)將其中構(gòu)圖有多個(gè)第一過(guò)孔的所述第二光致抗蝕劑膜和所述第一金屬硬掩模層用作掩模，刻蝕所述第一層間絕緣膜，以在所述第一層間絕緣膜中形成所述第一過(guò)孔； (e)在去除所述第二光致抗蝕劑膜之后，將所述第一金屬硬掩模層用作掩模，刻蝕所述第一層間絕緣膜，以在所述第一層間絕緣膜中形成多個(gè)第一布線槽，所述第一布線槽的深度小于所述第一層間絕緣膜的厚度； (f)在步驟(e)期間或之后，去除從每個(gè)所述第一過(guò)孔的底表面暴露的所述第一刻蝕停止膜； (g)在步驟(f)之后，在所述第一金屬硬掩模層上方、在每個(gè)所述第一布線槽中和在每個(gè)所述第一過(guò)孔中連續(xù)地淀積第一阻擋金屬膜和以Cu作為其主要成分的第一金屬膜； (h)通過(guò)使用化學(xué)機(jī)械拋光來(lái)拋光和去除在所述第一層間絕緣膜上方的所述第一金屬膜、所述第一阻擋金屬膜和所述第一金屬硬掩模層，以形成具有在每個(gè)所述第一布線槽和每個(gè)所述第一過(guò)孔中的所述第一金屬膜和所述第一阻擋金屬膜的第一級(jí)布線； (i)在所述第一層間絕緣膜和所述第一級(jí)布線上方連續(xù)地形成第二刻蝕停止膜和第二層間絕緣膜； (j)利用其中構(gòu)圖有多個(gè)第二過(guò)孔的第三光致抗蝕劑膜來(lái)刻蝕所述第二層間絕緣膜，以在所述第二層間絕緣膜中形成所述第二過(guò)孔； (k)在去除所述第三光致抗蝕劑膜之后，在所述第二層間絕緣膜上方形成第四光致抗蝕劑膜； (I)將其中構(gòu)圖有多個(gè)第二布線槽的所述第四光致抗蝕劑用作掩模，刻蝕所述第二層間絕緣膜，以在所述第二層間絕緣膜中形成所述第二布線槽，所述第二布線槽的深度小于所述第二層間絕緣膜的厚度； (m)在去除所述第四光致抗蝕劑膜之后，去除從每個(gè)所述第二過(guò)孔的底表面暴露的所述第二刻蝕停止膜； (n)在步驟(m)之后，在所述第二層間絕緣膜上方以及在每個(gè)所述第二布線槽中和在每個(gè)所述第二過(guò)孔中淀積具有金屬氮化物膜的第二阻擋金屬膜； (o)去除每個(gè)所述第二過(guò)孔的底表面上的所述第二阻擋金屬膜并且使所述第一級(jí)布線從每個(gè)所述第二過(guò)孔的底表面暴露； (P)在步驟(O)之后，在所述第二層間絕緣膜上方以及在每個(gè)所述第二布線槽中和在每個(gè)所述第二過(guò)孔中連續(xù)地淀積具有金屬膜的第三阻擋金屬膜和以Cu作為主要成分的第二金屬膜；以及 (q)通過(guò)使用化學(xué)機(jī)械拋光來(lái)拋光和去除在所述第二層間絕緣膜上方的所述第二金屬膜、所述第三阻擋金屬膜和所述第二阻擋金屬膜，以形成包括在每個(gè)所述第二布線槽和每個(gè)所述第二過(guò)孔中的所述第二金屬膜和所述第三阻擋金屬膜的第二級(jí)布線， 其中在步驟(f)中，通過(guò)在每個(gè)所述第一過(guò)孔的開(kāi)口部分處使所述第一層間絕緣膜凹陷，使每個(gè)所述第一過(guò)孔的開(kāi)口部分的直徑大于所述開(kāi)口部分下方的區(qū)域的直徑， 其中在步驟(m)中，通過(guò)在每個(gè)所述第二過(guò)孔的開(kāi)口部分處使所述第二層間絕緣膜凹陷，使每個(gè)所述第二過(guò)孔的開(kāi)口部分的直徑大于所述開(kāi)口部分下方的區(qū)域的直徑，以及 其中在所述步驟(0)中，通過(guò)在每個(gè)所述第二過(guò)孔的開(kāi)口部分處濺射刻蝕所述第二阻擋金屬膜和所述第二層間絕緣膜，使每個(gè)所述第二過(guò)孔的開(kāi)口部分的直徑進(jìn)一步大于所述開(kāi)口部分下方的區(qū)域的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中所述第一過(guò)孔包括直徑等于電路的最小加工尺寸的過(guò)孔以及直徑小于電路的最小加工尺寸的過(guò)孔，并且所述第二過(guò)孔均具有大于電路的最小加工尺寸的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第一層間絕緣膜的介電常數(shù)小于所述第二層間絕緣膜的介電常數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第一層間絕緣膜的彈性模量小于所述第二層間絕緣膜的彈性模量。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第二阻擋金屬膜包括TaN膜、TiN膜或WN膜并且所述第三阻擋金屬膜包括Ta膜、Ti膜或W膜。
6.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟 (a)在半導(dǎo)體襯底的主表面上方形成絕緣膜； (b)刻蝕所述絕緣膜以在所述絕緣膜的第一區(qū)域中形成第一布線槽和第一過(guò)孔，所述第一過(guò)孔具有第一直徑并且被形成使得其上部部分與所述第一布線槽的底表面是連續(xù)的，并且在所述絕緣膜的第二區(qū)域中形成第二布線槽和第二過(guò)孔，所述第二過(guò)孔具有大于所述第一直徑的第二直徑并且被形成使得其上部部分與所述第二布線槽的底表面是連續(xù)的； (c)在所述絕緣膜上方、在所述第一布線槽和所述第二布線槽的每個(gè)中和在所述第一過(guò)孔和所述第二過(guò)孔的每個(gè)中淀積第一阻擋金屬膜； (d)在步驟(C)之后，在所述絕緣膜上方以及在所述第一布線槽和所述第二布線槽的每個(gè)中和在所述第一過(guò)孔和所述第二過(guò)孔的每個(gè)中淀積以Cu作為其主要成分的金屬膜；以及 (e)通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光來(lái)拋光和去除在所述絕緣膜上方的所述金屬膜和所述阻擋金屬膜以形成布線，所述布線具有在所述第一布線槽和所述第二布線槽的每個(gè)中的和所述第一過(guò)孔和所述第二過(guò)孔的每個(gè)中的所述金屬膜和所述阻擋金屬膜， 其中在步驟(C)中，同時(shí)進(jìn)行使用濺射的所述第一阻擋金屬膜的淀積和所述第一阻擋金屬膜的濺射刻蝕，以在所述第一過(guò)孔的開(kāi)口處形成具有第一深度的第一凹陷部分以及在所述第二過(guò)孔的開(kāi)口處形成小于所述第一深度的第二凹陷部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第一過(guò)孔具有小于電路的最小加工尺寸的直徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，進(jìn)一步包括在步驟(c)之后但是在步驟(d)之前的如下步驟，在所述絕緣膜上方以及在所述第一布線槽和所述第二布線槽的每個(gè)中和在所述第一過(guò)孔和所述第二過(guò)孔的每個(gè)中淀積第二阻擋金屬膜。
9.一種半導(dǎo)體器件，包括 第一絕緣膜，在半導(dǎo)體襯底的主表面上方形成； 第一銅布線，在所述第一絕緣膜中形成； 第二絕緣膜，在所述第一絕緣膜和所述第一銅布線上方形成； 第一過(guò)孔，設(shè)置在所述第二絕緣膜中； 第二過(guò)孔，設(shè)置在所述第二絕緣膜中； 第一槽，設(shè)置在所述第二絕緣膜中，與所述第一過(guò)孔的上部部分是連續(xù)的； 第二槽，設(shè)置在所述第二絕緣膜中，與所述第二過(guò)孔的上部部分是連續(xù)的； 第二銅布線，通過(guò)在所述第一過(guò)孔和所述第一槽中填充銅來(lái)獲得；以及 第三銅布線，通過(guò)在所述第二過(guò)孔和第二槽中填充銅來(lái)獲得， 其中所述第一過(guò)孔在其上部部分上方具有第一深度的第一凹陷部分，并且所述第二過(guò)孔在其上部部分上方具有深度小于所述第一深度的第二凹陷部分，以及 其中當(dāng)以橫截面查看時(shí)，所述第二過(guò)孔的直徑大于所述第一過(guò)孔的上部部分的直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其中當(dāng)以橫截面查看時(shí)，所述第一過(guò)孔具有小于電路的最小加工尺寸的直徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括 第一阻擋金屬，設(shè)置在所述第一過(guò)孔的側(cè)表面和底表面上方以及所述第一槽的側(cè)表面和底表面上方； 第二阻擋金屬，設(shè)置在所述第一阻擋金屬上方； 第三阻擋金屬，設(shè)置在所述第二過(guò)孔的側(cè)表面和底表面上方以及所述第二槽的側(cè)表面和底表面上方；以及 第四阻擋金屬，設(shè)置在所述第三阻擋金屬上方， 其中去除所述第一凹陷部分上方的所述第一阻擋金屬，所述第二阻擋金屬還設(shè)置在所述第一凹陷部分上方，并且所述第三阻擋金屬和所述第四阻擋金屬還設(shè)置在所述第二凹陷部分上方。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其中當(dāng)以橫截面查看時(shí)，所述第一過(guò)孔具有部分切除的圓形形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。本發(fā)明的目的在于，在通過(guò)使用雙大馬士革工藝在層間絕緣膜中形成Cu布線時(shí)，在低硬度層間絕緣膜和高硬度層間絕緣膜中分別形成的過(guò)孔中完全填充布線材料。根據(jù)本發(fā)明，第二層間絕緣膜在其中具有布線槽和過(guò)孔二者。過(guò)孔在其開(kāi)口部分處具有凹陷部分，該凹陷部分具有錐形的橫截面形狀。這是通過(guò)使第二層間絕緣膜向下傾斜回縮而形成的。因此過(guò)孔的開(kāi)口部分的直徑變得大于開(kāi)口部分下方的區(qū)域的直徑，并且變得即使過(guò)孔具有精細(xì)的直徑也可以在過(guò)孔中完全填充布線材料。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102738068SQ201210075639
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者富田和朗 申請(qǐng)人:瑞薩電子株式會(huì)社